郑东车辆段站场若干问题的设计原则及方案优化

李春剑，任 磊，崔天麟

(郑州市轨道交通有限公司，郑州 450000)

1 工程简介

1.1 郑东车辆段功能定位

郑东车辆段承担着郑州市轨道交通1号线各系统和建、构筑物的维修工作及其他线路各系统小型设备及零部件的修配及加工任务;承担1号线运营及2条线路车辆厂、架修的设备机具、材料、备品备件等的储存和发放工作。

1.2 地理位置

郑东车辆段与综合基地设于郑州市1号线一期工程终点，位于贾鲁河、魏河以南，七里河以北，京珠高速公路以东，杨桥干渠以西，规划桑林西路(规划京港澳高速辅道)贯穿区域南北，占地34.96 hm2。整个区域地形西高东低，南北高中间低。该地区现阶段为平原区，区域内基本为农田。车辆段位于马楼村东北方向，所在处平均高程83.2 m，为区域中相对高处。

2 布置方案

2.1 平面布置原则

结合郑州市城市轨道交通线网规划、地铁车辆检修运用技术的发展趋势、轨道交通1号线一期工程运营组织方案、相关地铁车辆段与综合基地(场)及各线联络条件的规划情况，综合确定郑东车辆段与综合基地的功能定位和规模，以实现资源共享最大化的目标。并以方便行车组织，提高车辆检修运用质量和效率为目标，对段、场的分工进行研究，合理确定郑东车辆段与综合基地和凯旋路停车场的分工和设计规模。

车辆段与综合基地的总平面布置设计应符合城市规划要求，并在满足功能要求的前提下，尽量紧凑，最大限度利用土地资源。建设应近、远期相结合，其股道、房屋和机电设备等尽量按近期设计，对于远期改扩建困难的检修车库按远期规模一次建成考虑;用地范围按远期规模并在远期站场股道和房屋规划布置的基础上确定［4-10］。

2.2 平面布置实施方案

根据上述原则，确定的车辆段的平面布置(图1)。

图1 郑东车辆段总平面布置

该方案具有如下优点。

(1)从车辆段与周边既有及规划条件结合情况看，最为因地制宜，试车线设在车辆段西侧，紧邻马楼村，不切割地块，便于地块整合利用。

(2)厂前区集中设置且场地开阔，人员办公环境较好。

(3)充分利用整合了试车线出入段线布置，将对环境有一定影响的污水处理站和有防火要求的杂品库放置在此，更有效地利用了空地，占地更省，段型更为紧凑［12］。

2.3 站场竖向设计

车辆段竖向设计是对厂区用地范围的自然地形及车辆各生产、办公区建、构筑物进行竖向方向的高程设计，合理的竖向设计减少工程投资，提高工作效率。竖向设计作为车辆段总图设计的一个重要环节，应与总平面布置同时考虑配合进行。郑州东车辆段地势平坦，挖方量不大，结合地形情况设计仅需满足排水需要即可。

室外排水采用分流制，室外排水、生活废水与生活污水均分流排放。排水重力流管道采用埋地高密度聚乙烯HDPE双壁波纹管，根据管道直径采用0.2% ～0.5%的坡排入郑开大道DN500市政污水系统。

3 车辆段场坪高程的确定

郑州市轨道交通1号线郑东车辆段与综合基地所处区域地势基本为西高东低，北高南低。属尚未建成区域，规划尚未实施。

对于车辆段与综合基地的防洪标准，依据《地铁设计规范》［1］(GB10157—2003)第 22.10.3 条“沿海或江河附近地区车辆段与综合基地的线路路肩设计高程不应小于1/100潮水位、波浪爬高值和安全高之和”和《铁路路基设计规范》［1］(TB10001—2005)第 3.0.1条“当路肩高程受洪水位或潮水位控制时，应计算其设计水位，设计洪水频率或重现期应符合下列规定:1、设计洪水频率标准应采用1/100……”，确定郑州市轨道交通1号线郑东车辆段与综合基地场坪的防洪标准为百年一遇。水文资料显示百年一遇水位高出现状约2.8 m，为减少工程浪费，确定合理场坪高程，进行了周边环境分析及计算。

3.1 车辆段周边河道情况

车辆段周边的河道主要有贾鲁河、七里河和魏河，相对位置关系如图2所示。

图2 车辆段周边河流情况

其中，贾鲁河(京珠高速公路～杨桥干渠段)河道会对郑东车辆段所在区域涝水有一定影响，该段河道长约5.2 km，流经规划郑东车辆段区域北部1.5～2.8 km处;七里河(京珠高速公路～杨桥干渠段)河道会对郑东车辆段所在区域涝水有一定影响，该段河道长约4 km，流经规划郑东车辆段区域南部约3.2 km处;魏河(京珠高速公路～入贾鲁河段)河道会对郑东车辆段所在区域涝水有一定影响，该段河道长约2.2 km，流经规划郑东车辆段区域北部约1 km处。

3.2 流域防洪水文计算

依据郑州市对市区河流所划分的汇水面积，采用排水模数计算各部分流量，再将每块汇水面积上的流量进行叠加，最终求得流域整个汇水面积上的流量，见表1。

表1 河道设计流量成果

3.3 区域雨洪水文计算(表2)

郑东车辆段所处地区现阶段为平原区，区域内基本为农田。依照《郑汴新区总体规划(2009—2020)》，该区域域内不仅规划有居住工作用地、工业用地和教育科研用地，还有商业金融业用地。随着新区规划的实施，城市化进程的不断加快，区域产流特征由农业区向市区型雨洪转变，故认为该地区的雨洪计算应依照市区型，通过对河道洪水过程线的分析，河道50年和100年一遇洪水过程中大于5年一遇除涝流量的时间分别为1.5～2 d。本次计算偏保守考虑，内涝雨洪历时采用3 d降雨。

表2 区域设计雨洪计算结果

表2中Pa为设计前期影响降雨量;P为24 h设计雨量。

3.4 内涝雨洪风险分析评价

3.4.1 河道洪水对规划区影响

根据《郑州新区防洪及水系规划》，贾鲁河、魏河和七里河堤顶高程和100年一遇水位与场坪处现状地面高程的比较见图3。

图3 现状地面与河道特征高程对照示意

由图3可见，贾鲁河、魏河和七里河的百 年一遇水位均高出场坪处现状地0.9～1.5 m，堤顶高程(50年一遇洪水位加1 m超高)高出场坪处现状地面1.5～2.0 m。当河道发生50年或100年一遇洪水时，区域涝水由于河道内洪水的顶托作用，无法自排。该区域规划无提排泵站，故只有待洪峰消退，河道水位回落后，区域积水方可通过排涝涵闸进入河道。

通过对河道水位与地面关系的分析，可知当河道发生50年或100年一遇洪水时，河道水位高于规划区地面高程，此时区域内若发生因强降水产生的内涝雨洪将难以自流排出。

3.4.2 内涝雨洪影响

依照模拟新区规划实施后的下垫面情况和地形地貌，区域内发生强降雨时，遭遇河道同频率洪水，由于河道洪水位高出项目区地面0.5～1.5 m且河道水位下降缓慢，故认为在强降雨过程中，为了防止倒灌，沿河排涝涵闸处于关闭状态，绝大部分内涝雨洪无法自排流入河道，评价区积水深度升高，滞蓄在区域内部。随着河道水位的不断下降，强降雨雨洪将随着沿河排涝涵闸的开启，逐步排入河道，评价区水位也随之降低。

3.5 内涝水位的确定

通过对可能改变涝水流向的主要地物分析，结合京珠高速公路至郑开大道互通立交已修建、规划桑林西路尚未修建建立模型。在此情况下，汇水区域总面积9.44 km2，50年一遇和 100年一遇洪量分别为350.06万m3和399.03万m3。郑开大道自东向西穿过，将该区域划分为郑开大道以北和郑开大道以南两个部分。对此区域绘制H-V曲线，见图4。

图4 H－V曲线

查图4H-V曲线，50年一遇区域内涝雨洪积水高程为83.50 m，最深处积水深度1.00 m;100年一遇区域内涝雨洪高程为83.52 m，最深处积水深度1.02 m。该区域地铁1号线车辆段与综合基地50年和100年一遇内涝雨洪积水水位分别为83.50 m和83.52 m，水深分别为0.30 m 和0.32 m。

3.6 车辆段内内涝雨洪水位确定

通过对项目区内有关河道的防洪标准、水位和流量进行系统的分析，并结合车辆段周边城市规划建设，推算出车辆段50年和100年一遇的内涝洪水水位为83.51 m 和 83.52 m［3，8］。参照现行《铁路路基设计规范》［3］中Ⅰ、Ⅱ 级铁路设计标准，安全高度采用0.5 m，壅水高加波浪侵袭高或斜水高取0.3 m。结合周边规划情况确定最终场坪高程为84.32 m，较100年一遇水位降低约1.6 m。

4 地基处理方案的确定

4.1 工程地质及水文地质概况

郑州市轨道交通1号线一期工程车辆段及出入段线工程整个场地均为耕地，地形相对平坦，站区所处地貌单元为黄河冲积平原。上部21～23 m为粉土、粉质黏土，天然地基承载力特征值70～120 kPa，地基承载力低、压缩性高，下覆土层细砂、粉土、粉质黏土等，为较好的桩端持力层。

郑东车辆段地区地下水类型主要为由砂、砂砾石含水层为主的孔隙水，为富水区，地下水埋藏较浅，属上部潜水，局部分布承压水。

地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在干湿交替条件下具有弱腐蚀性，对钢结构也具弱腐蚀性。

4.2 地基处理方案

根据地质情况并结合房屋的功能、上部结构形式，车辆段房屋地基处理方式主要分为3种:水泥土搅拌桩［6］、CFG 桩、级配砂石换填。

车辆段内运用库、检修主厂房、调机库、物资总库、材料棚等生产性房屋，多为大跨度排架结构+独立基础的结构形式，房屋的整体性和刚度都比较差，且基础下有软弱下卧层，故独立基础下采用水泥土搅拌桩的地基处理方式。乘务员公寓及食堂浴室为框架结构，公寓为3层结构，食堂浴室为一层，两者之间未设置沉降缝，为了控制变形，采用条基下+水泥搅拌桩的地基处理方式。

4.3 车辆段碎石道床区地基处理方案优化

根据《铁路路基设计规范》［3］“高度小于2.5 m 的低路堤。…基床底厚度范围内天然地基静力触探比贯入阻力Ps值:Ⅱ级铁路不得小于1.2 MPa，否则应进行加固处理。”结合地质资料及规范公式，搅拌桩设计确定采用φ500 mm@1 200 mm，桩长约9 m，桩底持力层为粉砂。按此方案进行水泥搅拌桩试桩单桩承载力(单桩竖向抗压静载试验)和复合地基承载力(单桩复合地基载荷试验)试验:试桩单桩竖向抗压承载力特征值为190 kN;试桩复合地基承载力特征值为213.3 kPa。加固后满足规范要求。

为准确确定地质参数，选用更为合理的加固方案，进行了平板载荷试验和动力触探测试试验，结果显示:场地第(1)层素填土厚度与原地质勘察报告基本一致，承载力特征值fak=125.0 kPa;场地第(2)层粉土承载力特征值fak=150 kPa。根据此结果进行了重新优化设计，郑东车辆段碎石道床区按1.2 m间距布桩改为1.5 m桩距;减少搅拌桩7 000根(约45 000延米)。

5 结语

轨道交通车辆段建设规模大、专业复杂、综合性强，在满足基本功能情况下不仅要结合周边现有设施和规划做好总平面布置设计，而且要结合周边河流做好防洪设计，并做好雨污水与市政的接驳设计。因工程规模庞大，场坪高程和地基处理方案均对工程投资有较大影响，鉴于此在确定场坪高程和地基处理方案均应进行专项研究和现场试验，最大限度地避免工程浪费。郑东车辆段场坪高程和地基处理方案方面的做法可作为类似工程的参考。

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